O atuador de turbo da Hella

Hella Turbo Actuator (Garrett turbo)

Atuadores de turbo

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O princípio de um turbocompressor é muito simples, contudo é aconselhável manter essa força bruta sob controlo. Sem qualquer forma de controlo de pressão, o turbo continua a soprar ar para o motor e frequentemente isso é algo indesejado. Além disso, em certos casos, tal poderá provocar danos graves no motor. Num cenário ideal, deve poder estar apto a ajustar a pressão do turbo de forma constante de acordo com as circunstâncias. Felizmente, existem atuadores de turbo que conseguem executar esta tarefa, mas o que é que um atuador de turbo faz exatamente? E talvez ainda mais interessante: o que acontece quando um atuador de turbo se avaria?actuator precies? En misschien nog interessanter: wat gebeurt er als zo’n turboactuator defect raakt?

O que se avaria na maioria dos casos

Em primeiro lugar, vamos começar com os defeitos que podemos encontrar. Tal como foi dito previamente, podem avariar-se todos os tipos de coisas quando a pressão não é devidamente regulada. E isso deve-se ao facto de que nem tudo no motor é resistente a uma pressão de ar elevada (em excesso) e a temperaturas elevadas (em excesso). Felizmente, o sistema é regulado de forma a que a ECU do motor garante um modo de emergência seguro logo após a medição de uma pressão incorreta. Por conseguinte, normalmente, um atuador de turbo defeituoso não provoca quaisquer danos no motor, mas apenas códigos de erro e muito menos potência. Os códigos de erros guardados indicam frequentemente que se passa algo de errado com o turbo ou o controlo de pressão:

• P0234 – Engine Overboost Condition (Condição de Propulsão Excessiva do Motor)
• P0299 – Turbo/Supercharger Underboost (Propulsão Insuficiente do Turbo/Sobrealimentador)
• P2263 – Turbo/Supercharger Boost System Performance (Desempenho do Sistema de Propulsão do Turbo/Sobrealimentador)

Muitas marcas possuem os seus próprios códigos de erro específicos tais como, por exemplo, a Ford:

• P132A
• P132B

Mas suponhamos que o próprio turbo está a funcionar devidamente, então o que é que pode provocar a avaria do atuador? Entraremos em maior detalhe mais tarde abordando a forma como o sistema de controlo funciona como um todo, mas podemos já revelar que o atuador na base consiste de um motor elétrico, uma roda de parafuso sem-fim em plástico e uma placa de circuitos. Infelizmente, verificamos a existência de vários pontos fracos em todos esses componentes. Felizmente, quase tudo pode ser reparado. As reparações (ou melhor dizendo, as revisões) não são um problema de todo, embora os fabricantes de automóveis façam crer o contrário muitas das vezes. Estes preferem vender um turbo completo ao cliente. Além disso, um atuador de turbo solto pode, em muitos dos casos, não ser possível encomendar em separado.

O processo de revisão

Na ACtronics consideramos que um atuador de turbo faz parte da Mecatrónica: um componente que contém uma parte mecânica e uma parte eletrónica. Isto também significa que o processo de revisão tem duas fases.

As avarias mecânicas são tratadas pelo nosso departamento de Mecatrónica. Desenvolvemos a nível interno componentes que são comparáveis a ou melhores do que os originais, o que significa que estamos aptos a garantir uma elevada qualidade. Durante este processo, não arranjamos apenas os componentes avariados, também lidamos com os respetivos pontos fracos. Em termos concretos, isto significa que todas as peças rotativas são substituídas como forma de precaução. Fazemos isso para podermos garantir a qualidade do produto revisto.

As reclamações relacionadas com o sistema eletrónico são tratadas pelo nosso departamento “Bond” (Interligação). Este departamento possui equipamento de elevada qualidade que consegue estabelecer novas ligações na e à placa de circuitos de forma extremamente precisa. Denominamos este método de “bonden” (interligar) e o mesmo utiliza vibrações ultrassónicas para que as novas ligações adiram ao ponto de contacto existente. Este método é extremamente preciso e também tem a vantagem, comparativamente com a soldadura, de que nenhum dos componentes existentes na placa de circuitos fica exposto ao calor. Neste caso, estamos aptos a garantir uma qualidade bastante superior à qualidade das reparações efetuadas através da soldadura. Contudo, há que ter em atenção que a interligação não é sempre a melhor escolha para estabelecer ligações. Em determinadas situações, é preferível efetuar a soldadura. Iremos em breve dedicar um artigo em separado a esta temática.

Após a reparação, executamos sempre um teste final exaustivo. O nosso ambiente de testes oferece-nos a possibilidade de simular cada entrada da ECU. Por conseguinte, não testamos apenas para ver se tudo está a ser novamente executado de modo uniforme, mas também conseguimos verificar se o sistema eletrónica das placas de circuitos continuam a responder de forma adequada. O equipamento de testes até consegue executar medições de acoplamento e posicionamento. Após a realização do teste, temos a certeza absoluta que o produto revisto funciona, pelo menos, tão bem como um produto original. Eis um detalhe engraçado, o equipamento de testes foi concebido e desenvolvido a nível interno. Tal não demonstra apenas o nível de especialização das nossas operações como também a vastidão do nosso conhecimento.

O atuador de turbo da Hella em detalhe

Os técnicos e especialistas de turbos poderão eventualmente considerar esta resposta demasiado simplificada (o que é justificável), mas um turbo é melhor descrito resumidamente como um rotor com execução dupla numa armação conjunta. O rotor começa a rodar no lado de saída quando o ar de saída sopra pelo mesmo. Este movimento rotativo é transferido através de um eixo para o rotor no lado de entrada. Como resultado disso mesmo, este também começa a rodar e faz com que as aletas especialmente formadas “recolham” o ar para o motor. Quanto maior for a velocidade do rotor, maior é a pressão com a qual o ar é fornecido ao motor.

E é que reside o problema: um turbo não sabe quando parar. De facto, seria melhor se esta alimentação de gases de escape pudesse ser configurada de forma a gerar apenas a quantidade de propulsão certa, não dependendo a mesma puramente da velocidade do motor e da posição da válvula de gás. Felizmente, já vários técnicos começaram a trabalhar nesta ideia e apresentaram a seguinte solução: turbocompressores com geometria variável. Este recente tipo de turbo usa aletas ajustáveis em redor do rotor central no lado da saída. Ao ajustar a posição destas aletas com um anel de regulação, a quantidade de gás de escape que chega ao rotor pode ser variada. Problema resolvido!

Resolvido… Mas não inteiramente. O sistema de aletas variáveis consiste apenas de peças mecânicas pelo que não está apto a operar-se a si mesmo. Foi para isso que foram inventados os atuadores de turbo. Estes estão aptos a puxar a forquilha que opera as aletas ajustáveis. É possível dividir grosseiramente os atuadores de turbo em três categorias: os atuadores regulados por via pneumática, os atuadores regulados por via elétrica e os atuadores híbridos. Contudo, os turbos com geometria variável envolvem apenas atuadores regulados por via elétrica e híbridos. E é a razão pela qual não iremos abordar aqui a técnica por trás dos atuadores pneumáticos.

Atuadores regulados por via elétrica

Os atuadores regulados por via elétrica foram criados para responder à entrada elétrica enviada a partir da ECU. O alcance do ajuste das aletas depende assim da decisão tomada pela ECU. A ECU tem todo o tipo de informação, tal como a temperatura do motor e a pressão de admissão, mas também está apta a responder às entradas de opções como os modos de condução ajustáveis (tais como: neutro, dinâmico, desportivo). Isto é extremamente interessante para os fabricantes de automóveis visto que oferece ainda mais opções de configuração adicionais, tais como uma pressão do turbo de configuração inferior quando o motor está frio ou uma pressão de turbo de configuração ligeiramente superior logo que o modo desportivo é ativado. É também essa a razão pela qual encontramos frequentemente atuadores regulados por via elétrica em veículos com motores turbo modernos. Audi, BMW, Citroën, Ford, Jaguar, Mercedes-Benz, Peugeot, Volvo, VW… todas estas marcas usam atuadores regulados por via elétrica da marca Hella, geralmente em conjunto com um turbo da marca Garrett.

Sabia que…?

As aletas de um VGT (turbocompressor com geometria variável) podem ficar encravadas como resultado de depósitos de carbono. Isto não apenas influencia o funcionamento do sistema, como também danifica o atuador de turbo. É por isso que deve sempre verificar se as aletas de um VGT estão aptas a movimentar-se livremente logo que o atuador de turbo se avaria. Isto evita que o novo atuador volte a sofrer uma sobrecarga. A melhor forma de verificar isto é desapertar primeiro a biela da forquilha e depois movimentar a forquilha de trás para a frente, e vice-versa.

Conforme explicado anteriormente, o atuador de turbo regulado por via elétrica da Hella consiste da base de um motor elétrico, um parafuso sem-fim e uma placa de circuitos. A entrada da ECU é processada pela placa de circuitos e envia ao motor o sinal para rodar para a esquerda ou para a direita durante um determinado período de tempo. Como resultado disso mesmo, o parafuso sem-fim move a forquilha do VGT até à posição desejada. Esta não tem que estar completamente aberta ou fechada, visto que o ajuste pode ser regulado de forma contínua virando a forquilha ligeiramente.

A Hella tem dois tipos de atuadores de turbo: um REA (Rotary Electronic Actuator ou Atuador Eletrónico Rotativo) e um SREA (Simple Rotary Electronic Actuator ou Atuador Eletrónico Rotativo Simples). Ambas as versões usam uma ficha de 5 pinos. No entanto, o uso dos pinos difere:

SREA: 

1. Rotação do motor para a direita
2. Rotação do motor para a esquerda
3. Massa
4. Sinal PWM de 5V (1 kHz)
5. 5V

REA: 

1. 12V
2. Massa
3. CAN-L
4. Sinal PWM de 5V (1kHz)
5. CAN-H

Para além do posicionamento dos pinos, ambos os tipos diferem obviamente em mais elementos, tais como, por exemplo, a forma como a posição da forquilha é determinada e ajustada. O SREA recebe a ordem através de um sinal de bloco simples para o pino 1 ou 2, para que o motor elétrico opere durante um determinado período de tempo. Isto faz com que a forquilha se ajuste a si mesma na posição correta. Contudo, o REA usa uma mensagem CAN para determinar qual a ação desejada. A atual posição de sifão da forquilha é medida na PCB (placa de circuitos). O sensor que mede esta posição é denominado sensor C.I.P.O.S. Este valor é comparador com o valor desejado e, caso seja necessário, o motor elétrico será controlado para mover a forquilha até à posição correta. Isto parece complicado, mas também tem as suas vantagens dado que a posição da forquilha é sempre conhecida e quaisquer possíveis desvios podem ser filtrados. Além disso, a ECU pode agora usar a posição da forquilha como entrada para possíveis ações e/ou cálculos. O sistema como um todo torna-se bastante mais dinâmico.

Atuadores híbridos

Também existem turbos com geometria variável que não usam o atuador de turbo elétrico da Hella, mas cuja configuração é parcialmente efetuada por via pneumática tal como, por exemplo, é o caso de determinados motores JTD do grupo Fiat. Mas por que razão foi esta escolha efetuada? Existem situações nas quais realmente se deseja utilizar atuadores regulados por via elétrica, mas simplesmente não é possível. Por exemplo, devido à falta de espaço ou à configuração do turbo a usar, poderá ser necessário encontrar outra solução. Os atuadores híbridos foram inventados para este tipo de situações.

Embora o nome sugira que isto diz respeito a um componente, um atuador híbrido consiste na realidade de um atuador de turbo pneumático “à antiga” e uma pequena válvula de ajuste elétrico regulada pela ECU. O atuador pneumático utiliza a sobrepressão da trajetória de entrada para configurar os anéis de ajuste das aletas. Contudo, esta configuração é manipulada pela pequena válvula de ajuste elétrico. Um sinal provindo da ECU faz abrir ou fechar mais esta válvula resultando no atuador de turbo pneumático acabar por receber mais ou menos sobrepressão da entrada. Ao modificar esta situação, pode ajustar a forma como a forquilha é operada e consequentemente em que posição é que as aletas de ajuste se posicionarão.

Honestamente, o sistema funciona de uma forma ligeiramente menos precisa e é ligeiramente menos dinâmico em termos de configuração comparativamente com o REA da Hella, mas, na realidade, é perfeitamente adequado como alternativa. A válvula de ajuste elétrico neste conceito não é apenas mais pequena em tamanho comparativamente com o atuador de turbo Hella completo, também possibilita a utilização dos turbocompressores sempre que não seja possível utilizar um atuador de turbo da Hella devido à sua configuração. Além disso, o sistema eletrónico deste conceito está posicionado a uma distância maior das enormes flutuações de temperatura que envolvem o turbocompressor. Especialmente em motores nos quais não é possível remover muito bem o calor, um atuador híbrido pode ser um bom compromisso. Imaginamos que, em certos casos, um fabricante de automóveis opta por uma solução alternativa e não pelo atuador de turbo da Hella.

Desmontagem da unidade

O maior problema durante o processo de desmontagem é provavelmente a acessibilidade do atuador de turbo da Hella. Isto é muito diferente em cada tipo de veículo. Logo que é criado espaço suficiente, um mecânico experiente não terá dificuldade em desmontar o atuador de turbo. Primeiro, a ficha e a forquilha do VGT têm de ser desacopladas. A forquilha é fixa com uma arruela de segurança. Logo que este processo seja executado com sucesso, basta desapertar 3 parafusos para remover o atuador de turbo do turbo.

Durante a montagem tenha atenção ao seguinte:
Foi criado espaço de ajuste junto dos 3 parafusos para apertar o atuador de turbo. Por conseguinte, não é possível apertar o atuador de turbo “na esperança de o fazer corretamente”. Consulte a documentação específica do veículo para obter mais instruções relativamente ao ajuste.